Un dispositivo de flujo por el método biodeposition para cuantificar el comportamiento de la filtración y alimentación de moluscos bivalvos fue modificado para el uso a bordo. Una tabla de dos dimensiones cardán construida alrededor del dispositivo aísla el aparato del movimiento del barco, lo que permite la cuantificación precisa de las variables de filtración bivalvos en sitios de acuicultura de mariscos costa afuera.
Artículo de método
Diseño y uso de un aparato para cuantificar bivalvo suspensión de alimentación en el mar
En este artículo
Resumen
Resumen
Como acuicultura de mariscos se mueve desde bahías costeras y estuarios a ubicaciones offshores, la necesidad de cuantificar las interacciones del ecosistema de bivalvos cultivados (por ejemplo, mejillones, ostras y almejas) presenta nuevos desafíos. Datos cuantitativos sobre el comportamiento de alimentación de moluscos suspensión de alimentación están necesarios determinar las interacciones del ecosistema importante de granjas de mariscos costa afuera, incluyendo su capacidad, la competencia con la comunidad de zooplancton, la disponibilidad de recursos tróficos en diferentes profundidades y la deposición en el bentos. El método biodeposition se utiliza para cuantificar las variables alimentación en bivalvos suspensión de alimentación en un entorno natural y representa a un proxy más realista que experimentos de laboratorio. Este método, sin embargo, se basa en una plataforma estable para satisfacer los requisitos que las tasas de flujo suministradas al marisco el agua se mantienen constantes y los bivalvos son inalterados. Un dispositivo de flujo y proceso para utilizar el método biodeposition para cuantificar la alimentación de moluscos bivalvos fueron modificadas de un formato basado en la tierra para el uso a bordo mediante la construcción de una tabla de dos dimensiones cardán alrededor del dispositivo. Planímetro datos revelan una mínima echada y desvío de las cámaras que contienen los mariscos prueba a pesar del movimiento del barco, las velocidades de flujo dentro de las cámaras se mantienen constantes y los operadores son capaces de recoger el biodeposits (heces y pseudofeces) con suficiente consistencia para obtener mediciones precisas de bivalvo separación, filtración, selección, ingestión, rechazo y absorción en mariscos offshores sitios de acuicultura.
Introducción
Pesca de captura silvestre está declinando en todo el mundo1. En consecuencia, el crecimiento futuro en el suministro de pescados y mariscos debe provenir de una expansión de la acuicultura. La producción de acuicultura de mariscos ha sido creciendo y seguirá creciendo hasta el 2025, hacer acuáticos de cultivo de los alimentos más rápidamente cada vez mayor producción sistema2. El cultivo de la suspensión de alimentación moluscos bivalvos (mejillones, ostras, vieiras y almejas) se considera que entre las formas más ambientalmente benignas de la acuicultura, ya que estos organismos no requieren ninguna alimentación adicional, pero en su lugar, obtención nutrición desde el fitoplancton natural producción y transferencia orgánica materia organismos bentónicos3,4. De hecho, acuicultura de mariscos se considera como una herramienta legítima para mejorar la calidad del agua y estructura trófica en estuarios eutróficos5,6. A pesar de las perspectivas generalmente favorables para la expansión de la acuicultura de moluscos en bahías costeras y estuarios, conflictos con otros oceánico costero intereses tales como la pesca comercial y recreativa, actividades recreativas y la estética deseos de limitaciones sociales propietarios de tierras costeras agregaron bajo el término "capacidad social"-han llevado a algunos a buscar a "mar abierto" la expansión a gran escala de conquilicultura7.
Movimiento de cultivo de mariscos de la costa, en aguas abiertas, ofrece gran potencial para mariscos expansión acuícola pero también presenta desafíos sin precedentes a los organismos en el ecosistema oceánico8. En primer lugar, más cultivadas, suspensión de alimentación especies de bivalvas son organismos estuarinos que han evolucionado en ambientes que difieren en muchos aspectos de los ecosistemas de mar abierto9. Diurnas y estacionales variaciones temporales de salinidad, temperatura y composición química del agua y la intensa actividad biológica estimulada por la alta y variable la disponibilidad de nutrientes en las aguas costeras han seleccionado para comportamiento y fisiológicos características en mejillones, ostras, vieiras y almejas que pueden conferir un beneficio en el relativamente constante, diluir al mar medio ambiente10. Bivalvos son conocidos para responder a estos cambios ambientales mediante la regulación de la filtración para tomar ventaja de los períodos de buena calidad del agua y optimizar sus alimentos adquisición11,12. En un entorno más constante, como aguas abiertas, no está claro si bivalvos regulará sus tasas de bombeo y filtración efectiva para mantener un balance energético positivo para el crecimiento rápido. El segundo reto de cultivo de mariscos costa afuera también está relacionada con la disponibilidad de alimentos de seston relativamente baja en el océano. ¿Con densidades de fitoplancton es mucho menor offshore que en los estuarios, será la especie de bivalva actualmente cultivadas con éxito en estuarios encontrar suficiente comida para mantener el metabolismo y el crecimiento? Las prácticas actuales que emplean líneas, calcetines, jaulas u otras cajas para mariscos de esteros causar filtros tridimensionales que pueden agotar los fitoplancton localmente incluso en aguas eutróficas costeras13,14. Hipótesis sobre la cultura de engranaje diseño, densidad, espaciamiento de las líneas, y cultivo ciclo deba ser reconsiderada en el océano abierto para gestionar la capacidad de producción de la finca y la capacidad ecológica del ecosistema marino local 15 , 16. mariscos intensivo agricultura como nearshore practicado puede necesitar ser modificado para ser compatible con el medio ambiente diluido del océano.
Para avanzar en nuestra comprensión de cómo Costa agricultura mariscos prácticas pueden necesitar ser modificado para tener éxito, datos cuantitativos sobre cómo interactúan con el seston presente en los mariscos ubicaciones offshores propusieron como posibles sitios de explotación son esenciales. Un número de técnicas de cuantificación de la filtración, separación, ingestión, rechazo y absorción de partículas en suspensión-alimentación de moluscos bivalvos ha sido desarrollados17,18. Algunos de estos métodos han sido optimizados para detectar variaciones en escalas de tiempo muy corto, la selección entre los tipos de partículas diferentes o respuestas fisiológicas a diferentes variaciones ambientales19,20,21 . Recientemente, refinamientos de lo que se denomina el método de biodeposition han llevado a la aceptación de este enfoque como una herramienta legítima para cuantificar la mayor parte de la importante filtración y alimentación variables en mejillones, ostras y almejas17,22 .
El método de biodeposition, en general, utiliza un enfoque de balance de masa, con el componente de seston inorgánicos como un trazador, para cuantificar el repartir por mariscos individuales de componentes orgánicos e inorgánicos seston en proporciones capturados, rechazado, ingerido, y sobre un calendario de horas17. Para que este enfoque que precisa, es críticamente importante que los caudales de agua entregan a los mariscos son constantes y precisamente conocidos y que los mariscos no son perturbados físicamente por lo que mantener su comportamiento de filtración constante. También es necesario sincronizar la colección de agua las muestras en el momento de la ingestión de bivalvo con la colección de muestras de heces producción después de la digestión (es decir, egestion). Estos dos procesos (ingestión y egestion) se compensan por la longitud de tiempo que tarda un particulado al tránsito a través del intestino de bivalvo. El intestino tránsito representa tiempo el tiempo transcurrido entre la ingestión de alimentos y la liberación de material sin digerir en forma de heces. Además, desde un punto de vista práctico, biodeposits deba recogerse cuantitativamente por el investigador antes de que se desglosan por movimiento del agua. Por estas razones, aparatos y procedimientos para la cuantificación de bivalvo filtración utilizando el método biodeposition se han limitado a lugares muy cerca de la costa donde un secano de plataforma estable o un muelle fijo-es lo bastante a la población de mariscos está cerca investigado. Para que el biodeposition método de costa afuera, fue necesario encontrar una manera de satisfacer los requisitos del método para una plataforma estable a bordo de un barco.
Hace siglos, los navegantes que buscan resolver el mismo problema básico de cómo aislar a bordo artículos de movimiento de la nave desarrollaron el cardán. Un cardán introduce uno o más pivotes entre la plataforma unida a la nave y el artículo está aislado, lo que permite el artículo aislado responder más a la gravedad que al movimiento de la nave. Se empleó tal vez la más simple cardán diseño pines gira a 90 º ángulos-en el diseño de un aparato modificado del que informó por Galimany y compañeros de trabajo22. En el presente informe, la función efectiva del aparato se valida midiendo: 1) el movimiento de la tabla con cámaras de mariscos en comparación con el movimiento del barco, 2) la consistencia de las tasas de flujo a través de 20 replicar cámaras mientras que en el mar y 3) datos de filtración de mejillones probaron en tres localizaciones costa afuera a bordo de tres barcos diferentes.
Protocolo
1. Suspensión cardán mesa y dispositivo de alimentación
- Construir y montar la mesa de cardán para consistir en dos cuadros, una mesa de cardán y un tanque de lastre, como se muestra en la Figura 1a.
- Construir el marco más externo de 130 cm de largo, 92 cm de ancho y 90 cm de altura con stock de cloruro de polivinilo (PVC) de 0,65 cm. Utilizar tornillos y tuercas de acero inoxidable para formar el marco.
- Construir la estructura más interna (125 cm de largo y 80 cm de ancho) de cloruro de polivinilo de 4 cm x 10 cm bolsa (PVC). Coloque las secciones fuertemente reforzadas en la parte superior de los lados cortos del marco para recibir el marco interno cardán. Permanentemente reparados pernos de acero inoxidable para permitir que el marco interno hacer pivotar libremente dentro del marco externo.
- Igualmente, incluir secciones reforzadas en los lados largos del marco interior para pernos de acero inoxidable montados en la mesa de cardán, lo que le permite libremente.
- Pastilla de caldo el PVC con un lastre extraíble. Llene el tanque de lastre con 85 kg de agua de mar y colocar un peso de 50 kg de zinc en la parte inferior del tanque de lastre; actúa como un contrapeso a humedecer, pero no limitar, la oscilación de la mesa.
Nota: El tanque de lastre se une a la mesa del cardán por tornillos y tuercas de acero inoxidable.
Figura 1: cardán mesa y alimentación de los dispositivos desarrollaron para la cuantificación de bivalvo suspensión de alimentación utilizando el método de biodeposition a bordo de un barco. (a) este panel muestra una imagen de la tabla de cardán montado con el dispositivo de alimentación. (b) este panel muestra un esquema del dispositivo de alimentación montado. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
- Construir y montar el dispositivo de alimentación, que consiste en un tanque principal y 2 sets de 10 alimentación cámaras (Figura 1b).
- Construir el tanque principal utilizando PVC de 6,5 m a 70 cm de largo x 30 cm de ancho x 12 cm de altura (Figura 2a). Perfore un agujero de 25 mm de diámetro en el centro de la izquierda de 30 cm a 3 cm de la parte superior.
- Perforaciones 10 de 13 mm de diámetro a través de cada una de las piezas de PVC 70 cm del rectángulo para que el centro de cada agujero es de 2,5 cm de la base. Taladre el primer agujero de 40 mm por el lado del tanque principal; entonces, los centros de los agujeros consecutivos son 69 mm una de otra.
- Colocar conectores de cierre plástico de 7 mm de diámetro interior de rosca en cada agujero para permitir que el agua deja el tanque principal. Ajuste tubo de silicio de 6,5 mm de diámetro interno sobre los conectores. En el centro de cada tubo, entre el tanque principal y los compartimientos de alimentación, conectar válvulas ajustables a la tubería para controlar el flujo en las cámaras de alimentación.
Nota: Para asegurar que las partículas permanecen suspendidas en el agua del tanque principal y distribuidos uniformemente a través de las cámaras de alimentación, añadir aireación en el tanque usando piedras de aire o tubo de aire. - Medidas interiores de cada cámara de alimentación son 17,5 cm de largo x 6 cm de ancho x 6 cm de altura (figura 2b). Perfore un agujero de 13 mm de diámetro en el centro de uno de los lados de 6 cm, para que el centro del agujero es 15 mm desde la parte inferior. En el lado opuesto de 6 cm de cada cámara, perfore un orificio de 13 mm de diámetro 45 mm desde la parte inferior.
- Incluyen un deflector interior de cada cámara de alimentación; el deflector es una pieza de PVC que tiene 3 cm de altura y 6 cm de ancho y debe ser colocado 3,5 cm desde el lado de 6 cm de la cámara de alimentación que tiene el agujero perforado 15 mm desde la parte inferior. Pegue el deflector en la parte inferior de la cámara para que el agua fluya sobre él.
- Incluyen una segunda pieza bafle que es movible, pieza larga y en forma de T de 50 mm (58 mm de ancho en la parte inferior de la T, a 15 mm de la parte superior; ensancha en un ancho de 72 mm). La forma permite el deflector descansar encima de las paredes de la cámara de alimentación y agua fluyendo bajo el deflector en la cámara (figura 2C). Lugar el mueble deflectora cm 1-2 frente a los bivalvos, que fuerza el flujo de agua directamente en los bivalvos en la parte inferior de la cámara.
- Colocar la cabeza de cámara y dispositivo de alimentación encima de la mesa de cardán y mantener en su lugar con las esteras antideslizantes. El sistema está diseñado de esta manera modular para facilitar el embalaje, movimiento y almacenamiento de información.
Figura 2: medidas del tanque principal detalladas y alimentación cámaras. (a) este es un dibujo del cabeza tanque con medidas detalladas. (b) se trata de un dibujo de una alimentación cámara con medidas detalladas. La línea rayada indica la ubicación de los deflectores fijos. (c) se trata de un dibujo y las medidas de los deflectores móviles. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
2. flujo de calibración para la alimentación de cámaras
- Para calibrar las tasas de flujo, coloque un vaso de 100 mL o probeta graduada de plástico a la salida de una cámara de alimentación. Inmediatamente comenzar a grabar el tiempo con un cronómetro.
- Después de 30 s, retire el cilindro graduado y compruebe el volumen de agua recolectada. Lo ideal es recoger 100 mL de agua, que equivale a un flujo desde el depósito principal a las cámaras de alimentación de 12 L h-1.
Nota: El caudal de 12 L h-1 se determinó por experimentos del laboratorio anterior para producir una distribución homogénea de partículas entre acuarios sin recirculación del agua.- Si el volumen de agua captada es no en 5 mL de la blanco de 100 mL, ajustar el flujo cerrando o abriendo la válvula ubicada entre el tanque principal y la cámara de alimentación. Revise el nuevo caudal de nuevo por la recogida de agua de 30 s y repetir este paso hasta obtener el caudal deseado.
- Repita el mismo procedimiento de calibración para cada cámara de alimentación, incluyendo las salas de control, antes del comienzo de la recolección de datos.
3. preparación de filtros para el método de Biodeposition
Nota: La determinación de material particulado total, orgánico e inorgánico en el agua, pseudofeces y heces se realiza mediante filtros de fibra de vidrio GF/C 25 mm de diámetro. Antes de la toma de muestra, asegúrese que los filtros son lavados, secados, quemados y un. Utilice siempre pinzas de punta plana para manejar los filtros durante todos los procesos. Si un filtro se rompe o tiene un agujero, deseche sin usarlo.
- Para lavar los filtros, en primer lugar, añadir aproximadamente 10 filtros a un vaso de precipitados con 200 mL de agua destilada y revuélvalos manualmente. Después de 15 s, nota que el agua anteriormente tiene fibras blancas; Estos son liberado por los filtros de fibra de vidrio suelta como polvo. Dejar de revolver.
- Decantar el agua en el vaso y añadir 200 mL de agua destilada una vez más. Lave los filtros de 3 x en total. Repita el experimento el proceso de lavado hasta que suficientes filtros están disponibles para llevar a cabo una alimentación completa, es decir, aproximadamente 48 filtros para filtración de agua si el experimento dura 2 h y agua es recogido cada 15 min y 32 filtros para las heces y pseudofeces de 16 bivalvos .
- Seco los filtros a 60 ° C por al menos 1 h. queman los filtros de secado en un horno de mufla a 450 ° C durante 4 horas remover cualquier material orgánico contaminante. Quite los filtros de horno, transferir a un desecador y permitir que los filtros llegar a temperatura ambiente.
- Pesan los filtros en una balanza analítica y registrar los pesos. Dos métodos posibles para realizar un seguimiento de los pesos de los filtros son las siguientes.
- Número de cada filtro en el borde mismo, fuera del área que recibirá la muestra durante la filtración, utilizando un lápiz suave. Peso del filtro después de lo numeración registrar su número y su peso en un bloc de notas y almacenar los filtros después de sopesar en su caja original del filtro.
- Pesar cada filtro individualmente y luego envuélvalo en un trozo de papel de aluminio amortiguado y registrar el peso correspondiente en la hoja. Almacenar los filtros envueltos hasta en el campo y anote el peso en un bloc de notas después de una muestra se recoge.
4. tiempo de tránsito intestinal
- Lugar cinco bivalvos individualmente en vidrio o en vasos de plásticos llenan con 300 mL de agua de mar sin filtrar, ambiente.
- Añadir 2 mL de monocultivo de Tetraselmis SP. cada vaso de precipitados y registrar el tiempo de cada bivalvo individual se abre, que se señala por una boca de shell.
Nota: Tetraselmis SP se utiliza para la determinación del tiempo de tránsito intestinal porque fácilmente se ingiere por especies de bivalvas, y las heces resultantes son verde oscuro en color, diferenciándolos de las heces marrón producidas después de la digestión de una forma natural comunidad de plancton. - Compruebe cada vaso cada 3-5 minutos para asegurarse de que los bivalvos siguen abiertas y produce heces.
- Compruebe que las heces son cadenas densa, apretadas, resultantes de la digestión de los bivalvos (figura 3) y mantienen su estructura cuando se pipetea.
- Asegurar que los depósitos recogidos son las heces y no pseudofeces (figura 3), que, si se producen inmediatamente como resultado de un exceso de Tetraselmis sp; pseudofeces son ligeramente lleno, nube-como depósitos de las partículas no ingeridas que rápidamente suspender cuando recogidas con una pipeta.
Figura 3: ilustración de las diferencias visuales entre las heces bivalvas y pseudofeces. El panel de la izquierda muestra un mejillón estriado (Geukensia demissa), con flechas que indican las heces producidas y pseudofeces. El panel de la derecha muestra en detalle las heces verdes y pseudofeces producidos después de una filtración de monocultivo de Tetraselmis SP. y las heces marrones y pseudofeces producidos después de una filtración de una comunidad de fitoplancton natural. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
- Cuando aparecen las heces verdes, registrar la hora para cada bivalvo individual. La longitud del tiempo entre la apertura de los bivalvos y la producción de heces verdes es su tiempo de tránsito intestinal. Promedio los tiempos de tránsito intestinal de todo bivalvos cinco réplicas para obtener el tiempo de tránsito intestinal media a utilizar en el desplazamiento entre la colección de muestras de agua y muestras de heces de la sincronización.
Nota: Uso cinco repeticiones en caso uno o varios bivalvos para abrir o para producir heces. Idealmente, el tiempo de tránsito intestinal media se basará en más de tres repeticiones.
5. muestras
- Recoger muestras de agua que se desborda desde el tanque principal, del agua de las cámaras de control, que contienen conchas vacías de las mismas especies de bivalvas utilizadas en los experimentos (dos por lado) y de las heces y pseudofeces producidos por cada bivalvo. Limpie los bivalvos de epibiontes y otros organismos incrustantes para evitar filtración de otra fauna antes de colocar los bivalvos en las cámaras de alimentación.
Nota: Bivalvos en la alimentación cámaras pueden moverse, así que para facilitar la recolección de las heces y pseudofeces, fijan en lugar dentro de cada cámara utilizando los tornillos (por ejemplo, Velcro).- Recoge 300 mL de agua cada 15 minutos por 2 h. filtro por separado el agua de desborde y el agua de los dos sistemas de cámaras de control a través de filtros previamente (es decir, 3 filtros por el momento). Enjuague los filtros con ~ 5 mL de formiato de amonio isotónica mientras que los filtros están todavía en el múltiple de la filtración.
- Retrasar el inicio de la colección biodeposit de la colección de agua por la longitud del tiempo de tránsito intestinal media que determinó tal como se describe en la sección 4 del protocolo. Por ejemplo, si el tiempo de tránsito intestinal promedio fue de 1 h, iniciar la colección de agua tan pronto como los bivalvos en las cámaras de alimentación abierto. Después de 1 h, limpiar las cámaras de todas las heces y pseudofeces que se han producido y, a continuación, comienzan la colección de las heces posterior y pseudofeces.
- Los bivalvos en las cámaras de alimentación y los envases de tránsito intestinal al aumentar el número de bivalvos que se abren para alimentar a la cortina.
- Recoger las heces y pseudofeces por separado con una pipeta de vidrio y mantener la biodeposits en un recipiente separado (frasco o tubo) para cada bivalvo durante todo el período de colección de 2 h. Biodeposits en cada envase individualmente en un un filtro del filtro y lavar con 5 mL de formiato de amonio isotónica.
Nota: Al final de la colección 2-h, habrá 16 contenedores con heces recogidas y 16 contenedores con pseudofeces recogidas, para un total de 32 contenedores para filtrar. - Almacenar los filtros en placas de Petri o en papel de aluminio amortiguado para el transporte al laboratorio. Si amortiguado de aluminio es utilizado para el transporte, primero doblar los filtros por la mitad, con el material del filtro en el interior de la tapa evitar cualquier pérdida de filtrado material a través del contacto con la lámina. Guarde todos los filtros en una hielera con hielo.
- En el laboratorio, seco y todos los filtros en el horno a 60 ° C durante al menos 24 h.
- Volver a pesar cada filtro utilizando una balanza analítica. Reste el peso inicial del peso final para determinar la materia de partículas total.
- Quemar todos los filtros en el horno de mufla a 450 ° C por 4 h. Quite los filtros de horno, transferir a un desecador y permitir que los filtros llegar a temperatura ambiente. Pesar los filtros otra vez con una balanza analítica. Reste el peso del filtro quemado por el peso del filtro seco para determinar la materia de partículas inorgánica.
Nota: La materia orgánica particulada es la diferencia entre la materia particulada total y la materia inorgánica particulada.
Resultados
El método biodeposition para cuantificar la alimentación bivalvos está bien establecido y proporciona un mecanismo para obtener información completa sobre la filtración y alimentación rendimiento de bivalvos con seston natural en un ambiente de campo. Aplicaciones del método de biodeposition podrían llevarse a cabo sólo en los lugares en tierra porque el método requiere una plataforma estable. El estudio de la filtración de los bivalvo y de alimentación en aguas offshore requiere medidas basadas en la nave y las naves no son estables, incluso las condiciones más tranquilas. Hemos diseñado y probado la adición de una mesa de cardán para aparato de filtro de alimentación existente, para crear la plataforma constante necesaria para utilizar correctamente el método de biodeposition.
Junto con la plataforma estable para los bivalvos filtrar, divulgamos datos que demuestran una distribución uniforme de partículas a través de las cámaras dentro del aparato de alimentación (p = 0.997 de una generalización del test de Welch para 20% ajustado significa23 ; Figura 4). Esta distribución uniforme de la materia en suspensión indica que la entrega de partículas desde el tanque principal a las cámaras es constante; así, todos los bivalvos están expuestos a la misma cantidad de alimentos y la calidad y pueden ser considerados verdadero Replica.
Figura 4: promedio de abundancia de células en cada cámara de alimentación durante pruebas de distribución de partícula de los compartimientos vacíos de. Este panel muestra el número promedio de fitoplancton células/mL (± SD) en agua de mar recogida desde el tubo de salida de cada cámara de alimentación (etiquetado como 1-20) durante los ensayos de aseguramiento de la calidad para asegurar una distribución uniforme de partículas en el sistema de flujo. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Se realizaron cuatro ensayos a bordo con tres especies de mejillón en tres localidades de seston muy diferente cantidad y composición (figura 5). Las diferentes especies estudiadas pueden ser o están siendo actualmente, el cultivo off-shore; Utilizamos múltiples especies para probar la aplicabilidad general del aparato. Mejillones azules (Mytilus edulis) se utilizaron en el primer experimento de Connecticut (CT) y en Massachusetts (MA). Mejillones acanalados (Geukensia demissa) fueron utilizados en el segundo experimento de CT. Mejillón mediterráneo (Mytilus galloprovincialis) se utilizaron en el experimento de California (CA). Se realizaron dos experimentos en CT costera, en Long Island Sound, a 1,5 km de Milford en 12 de junio de 2013 y 19 de junio de 2013. El tercer experimento se realizó en Costa MA, en el sonido de la viña, 1 km de Menemsha en 23 de julio de 2013. El cuarto experimento se llevó a cabo en alta mar CA, 10 km de Long Beach el 20 de agosto de 2013.
Las condiciones en estos tres lugares abarcan la gama de lo que podría esperarse en ambientes costa afuera bajo evaluación para la acuicultura de moluscos. La materia particulada total de agua fue mayor en CT, menor en MA y más baja en CA (todos p≤ 0.001 de una generalización del procedimiento de T3 de Dunnett para medios recortados y un bootstrap -t técnica23). Por el contrario, el contenido orgánico de la seston fue mayor en CA, baja en MA y menor en CT (todos p≤ 0.01 de una generalización del procedimiento de T3 de Dunnett para medio recortado y un bootstrap -t técnica23; Figura 5).
Figura 5: composición y cantidad de la materia particulada en agua en los tres sitios experimentales. Este panel muestra el media materia orgánica particulada (POM) (± SD; datos y error barras en gris) y el promedio de partículas inorgánicas (PIM) (± SD; datos en blanco y error barras en negro) del agua recogida en 3 diferentes sitios experimentales. El completo bar (gris + blanco) indica que la materia particulada total (TPM). 1 CT = Connecticut experimento 1; 2 CT = Connecticut experimento 2; MA = experimento de Massachusetts; CA = experimento de California. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Comportamiento alimentario en bivalvos es dependiente de la especie y depende de las condiciones ambientales. Individuos ajustan su comportamiento de alimentación según las diferencias en la cantidad y el tipo (orgánico e inorgánico) de la materia particulada en el agua. Así, los resultados de los experimentos de alimentación con filtro de cuatro de las tres localizaciones reflejan tanto la respuesta fisiológica plástico al alimento cantidad y calidad, así como las diferencias de especies a través de tres de los cuatro experimentos. Eficiencia de absorción del mejillón fue significativamente superior en el primer experimento de CT en el segundo y más en el primer experimento de CT que en CA, pero todas las demás comparaciones pareadas no fueron significativas, probablemente una consecuencia de la alta variabilidad observada tanto en la MA y las mediciones de CA (el significado probado en α = 0.05, ajustados al control de varias pruebas, de una generalización del procedimiento de T3 de Dunnett para medios recortados y una técnica de bootstrap -t ; 23figura 6). La proporción de material filtrado que fue rechazado fue más alta en CT, MA, menor y cero en CA (todos p≤ 0.005 de una generalización del procedimiento de T3 de Dunnett para medio recortado y un bootstrap -t técnica23).
Figura 6: rechazo de materia particulada total y la absorción de materia orgánica por los mejillones en los ensayos a bordo. Este panel muestra el porcentaje de rechazo y absorción (± SD) por mejillones en tres sitios experimentales. 1 CT = Connecticut experimento 1; 2 CT = Connecticut experimento 2; MA = experimento de Massachusetts; CA = experimento de California. Mejillones azules (Mytilus edulis) fueron utilizados en CT 1 y MA. Mejillones acanalados (Geukensia demissa) fueron utilizados en CT 2. Mejillón mediterráneo (Mytilus galloprovincialis) se utiliza en CA. haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Los experimentos en MA y CA ilustran problemas comunes que pueden surgir durante el cambio de las condiciones ambientales. El estado de la mar dio lugar a una alta variabilidad relativa en el contenido orgánico medido de pseudofeces en MA.
Figura 7: contenido de materia orgánica del agua, las heces y pseudofeces en los tres sitios experimentales. Este panel muestra el porcentaje promedio de materia orgánica (± SD) en el agua y las heces y pseudofeces de tres especies de mejillón en cuatro experimentos diferentes llevados a cabo en 3 localidades. 1 CT = Connecticut experimento 1 con mejillón azul (Mytilus edulis); 2 CT = Connecticut experimento 2 con mejillones acanalados (Geukensia demissa); MA = experimento de Massachusetts con mejillones azules; CA = experimento de California con el mejillón mediterráneo (Mytilus galloprovincialis). Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Problemas analíticos comúnmente asociados con áreas de baja partículas fueron ilustrados en resultados de comportamiento de alimentación de CA, donde algunos pequeños pseudofeces fueron inicialmente confundido con las heces.
Figura 8: efectos de la identificación errónea de biodeposits de alimentación datos de comportamiento de los mejillones en los ensayos a. Este panel muestra los datos de ejemplo de California, mostrando el efecto de la misidentifying heces pequeñas como pseudofeces en un ambiente bajo de (TPM) total de partículas de materia. En este caso, el TPM era demasiado bajo para accionar una producción pseudofeces, pero las heces eran tan pequeñas que algunos eran confundidos desde pseudofeces. Los datos fueron corregidos por la combinación de los pesos de las heces y "pseudofeces" y calcular sólo la vía de ingestión. CR = tasa de liquidación, la cantidad de agua que circula a través de las branquias de los mejillones (L/h); FR = tasa de filtración, la cantidad de partículas retenidas en las branquias (mg/h); AR = tasa de absorción, la cantidad de materia particulada ingerida que es absorbida por el sistema digestivo de los mejillones (mg/h). Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Estudios de caso que se muestra en la figura 7 y figura 8 se explican con más detalle en la sección de discusión .
Discusión
Se han utilizado diferentes enfoques para el estudio de la filtración y alimentación de bivalvos en el laboratorio y el campo. Las mediciones realizadas cuando usando seston natural dará alimentación precios más similares a las de entorno natural24. Dispositivos existentes de alimentación portátiles para bivalvos medición alimentación de25,26 dependen de una plataforma estable, como la tierra o una base fija; así, cuantificar bivalvo filtración y alimentación en el campo, hasta ahora, se ha limitado a las aguas muy cerca de la costa. El novedoso aparato y el método presentado aquí representan una herramienta confiable para cuantificar el rendimiento de alimentación de bivalvos en aguas donde las interacciones entre el ambiente y bivalvos se han previamente descrito mal.
Los pasos críticos en la aplicación offshore del método biodeposition son los siguientes: (1) la aireación del tanque principal y la calibración de caudales a través de todas las cámaras de alimentación para asegurar una distribución uniforme de partículas para los bivalvos; (2) una determinación exacta del tiempo de tránsito intestinal experimental antes de la colección de biodeposits; (3) la identificación, separación y colección completa de todas las heces y pseudofeces producidos por los bivalvos, incluyendo la colección de suficiente biodeposits para exceder el límite de detección de partículas orgánicas e inorgánicas. Las tasas de flujo alto son esenciales para evitar la recirculación del agua en las cámaras de alimentación, que puede aumentar el fenómeno de la reducción de la concentración de alimentos debido a refiltration18,25,27,28.
La identificación precisa y la separación de las heces y pseudofeces pueden ser difíciles en ambientes costa afuera. La colección de heces y pseudofeces en las aguas de Massachusetts fue probablemente afectada por fuerte oleaje durante la última hora de la medición. Mediciones utilizando este método se obliga por el estado del mar, que afecta a la capacidad de los recolectores de limpia separar y distinguir con precisión entre las heces, pseudofeces y otro material particulado (es decir, sedimentos o partículas) depositados en las cámaras de alimentación. Este problema experimental puede observarse en los datos obtenidos, donde el contenido orgánico de las pseudofeces tiene una mayor variabilidad en los resultados de Massachusetts que de las otras dos localidades (figura 7).
Lugares con partículas muy bajas, como California, presentará un desafío analítico, porque la materia de partículas recogida en este experimento fue muy cerca del límite de detección, a pesar de 2 L de agua se filtró por cada muestra de agua. El método de cuantificación de los aportes orgánicos e inorgánicos para la materia particulada total se basa en el balance de masa; así, pequeños errores analíticos cerca del límite de detección pueden resultar en mariscos fisiológicamente imposibles alimentar resultados, tales como tasas negativas de rechazo o separación. Datos resultantes de este tipo de error y la corrección apropiada, se ilustran en la figura 8, que grafica el valor promedio de la tasa de liquidación, la tasa de filtración y la velocidad de absorción desde el experimento de California. Las cantidades de las heces eran tan pequeñas en este lugar que algunos eran confundidos desde pseudofeces por los recolectores de biodeposit. Las cantidades muy pequeñas de "pseudofeces" recogidas fueron muy cerca del límite de detección de peso, y los datos resultantes rindieron mariscos negativo filtración y alimentación de datos para varias repeticiones, lo cual es fisiológicamente imposible y, por tanto, obviamente incorrecto. Partículas cerca del límite de detección también rindieron una alta variabilidad total para esta medida. Estos resultados podrían deberse a un error en el pesaje de los filtros, sin embargo, más probable es que fue debido a la incorrecta identificación de pseudofeces. La última posibilidad fue más apoyada por la observación de que la materia particulada total del agua era demasiado baja para accionar pseudofeces producción22,23. Los datos fueron corregidos por descartar los datos incorrecto pseudofeces y calcular sólo la vía de ingestión (figura 8).
El aparato para la cuantificación de bivalvo suspensión de alimentación utilizando el método de biodeposition a bordo de un barco puede ser modificado y adaptado a varias especies de bivalvas. El tamaño de las cámaras de alimentación puede variar ligeramente para dar cabida a conchas de bivalvos más amplios o más estrechos. Es importante tener en cuenta, sin embargo, que modificar las dimensiones de las cámaras de alimentación de las descritas aquí requieren que se establezca la distribución de partículas incluso a través de las cámaras de alimentación antes de realizar cualquier medición. El volumen de agua filtrada debe ajustarse en base a las condiciones locales. Seston bajo entornos como California requieren un mayor volumen de agua filtrada para superar el límite de detección para el análisis basado en el peso. Al mismo tiempo, si se filtra mucha agua, obstruyen los filtros y el tiempo de secado (no temperatura) en el horno necesita ser aumentado. Del mismo modo, la colección de biodeposit deba ser alargado en entornos de baja seston para recolectar suficiente material para exceder el límite de detección analítico. Otro indicador de una colección de biodeposit problemático es el relativo contenido orgánico del agua vs el pseudofeces y heces. Heces y pseudofeces no puede contener un porcentaje sustancialmente mayor de materia orgánica que el agua; son un producto de las partículas del agua filtradas y procesadas. Bajo ciertas condiciones, el contenido orgánico de la biodeposits puede ser ligeramente mayor que la del agua debido a la inversión ecológica que bivalvos para procesar las partículas de alimentos; sin embargo, esta inversión, a lo sumo, producirá un aumento menor en las heces materia orgánica. El porcentaje de materia orgánica registrados aquí está muy por encima del porcentaje que podría atribuirse a metabólica pérdida fecal. Las muestras pseudofeces de Massachusetts ilustran este problema potencial. El contenido orgánico de las pseudofeces fue muy variable, como se señaló anteriormente, pero algunas de las repeticiones dado contenido en materia orgánica que excedió grandemente de las correspondientes muestras de agua. Es posible que durante el fuerte oleaje de la última hora de la colección biodeposit, pseudofeces fueron combinados con materia orgánica exógena, que artificialmente elevado el contenido orgánico y fisiológico imposible resultados (figura 7) . Si los Estados de alta mar son una posibilidad probable en el futuro se recomiendan aplicaciones de este método, la adición de más repeticiones a través de cámaras adicionales.
Una limitación del método es que este aparato está diseñado para cuantificar la alimentación de individuos adultos. La colección completa y precisa de las heces y pseudofeces de semilla de bivalvo es difícil debido al pequeño tamaño de las heces (pseudo) y requeriría mucho más experimentos para obtener suficiente material para exceder el límite de detección analítico. Si se utilizan individuos pequeños, varios pudieron combinarse en una sola cámara para aumentar la velocidad de producción de heces y pseudofeces por cámara. Como alternativa, los dispositivos podrían ser rediseñados con mucho cámaras experimentales más pequeñas. El estado del tiempo y el mar también puede ser limitaciones importantes, como éstos afectarán la exactitud de la recogida de muestras de biodeposit. Lluvia y temperaturas extremas pueden reducir el número de repeticiones de bivalvos que se alimentan. La profundidad a la que se utilizan bombas de agua puede variar entre los experimentos para el seston utilizada en los experimentos reflejan el seston típico de la profundidad a la que se produce el cultivo de bivalvo. A pesar de estas potenciales limitaciones, el método ofrece la oportunidad única de estudiar la filtración y alimentación de bivalvos en condiciones naturales, con natural seston, frente a condiciones simuladas en el laboratorio. Los datos generados son mucho más realistas que experimentos de laboratorio y más probabilidades de reflejar el rendimiento de bivalvos en el lugar de interés. El nuevo método para realizar mediciones a bordo grandemente amplía el alcance geográfico potencial.
El creciente interés en la acuicultura del mejillón offshore presenta un grupo de usuario ideal para futuras aplicaciones de este método. Actores interesados en optimizar el emplazamiento de nuevas operaciones de acuicultura offshore pueden utilizar este enfoque para examinar el desempeño de bivalvo en los lugares propuestos. Un ejemplo de una aplicación que se está planeando es probar las hipótesis acerca de las profundidades óptimas para una cultura de suspensión de mejillón azul en las aguas costeras de Nueva Inglaterra meridional (Mizuta y Wikfors, en revisión).
Divulgaciones
Los autores no tienen nada que revelar.
Agradecimientos
Los autores desean reconocer el tiburón y el NOAA pesca servicio oficina de acuicultura para la financiación. Los autores agradecemos a sus académicos, socios de la industria, Scott Lindell, especialista en investigación en el Instituto Oceanográfico de Woods Hole y Phil Cruver, CEO de Catalina Sea Ranch, que arregló y acceso a zonas de cultivo de mejillón offshores. El trabajo no hubiera sido posible sin las siguientes plataformas de trabajo; R/V Capitán Jack propiedad de Catalina mar Rancho, R/V Gemma poseído y manejado por el laboratorio biológico marino, y la R/V Victor Loosanoff operado por pesquerías de NOAA, noreste Fisheries Science Center. También agradecemos a capitanes de barco Jim Cvitanovich y Bill Klim por sus conocimientos. Werner Schreiner proporcionó su experiencia técnica en el diseño y fabricación de los marcos, cardán mesa y tanque de lastre, tanque principal y cámaras experimentales.
Materiales
| Nombre | Empresa | Número de catálogo | Comentarios |
|---|---|---|---|
| Filtros de microfibra de vidrio GF/C | Whatman | 1822-025 Círculos de | 25 mm de diámetro |
| Bomba sumergible Utilitech | PPSU33 | 1/3 HP | |
| Colector de filtración | Sterlitech | 313400 | de 3 posiciones, PVC |
| Pinza de filtro | Millipore | XX6200006P | |
| Embudo de filtro | Ace Glass | D140942 | 300 ml; vidrio |
| Soporte de frita | Fisher Scientific | 09-753-14 | 25 mm de diámetro; |
| vidrio Portafiltros al vacío | Fisher Scientific | 09-753-4 | Para embudos de filtro de 25 mm y soportes de frita |
| Horno de secado | Fisher Scientific | 15-103-0503 | Horno de convección por gravedad |
| Horno | ThermoFisher Scientific | BF51794C | |
| Formiato de amonio | Fisher Scientific | A666-500 | |
| Tetraselmis sp. | Centro Nacional de Algas Marinas y Microbiota | 119 cepas de Tetraselmis sp. están disponibles para la venta por NCMA, y la cepa específica debe seleccionarse en función de la temperatura de los experimentos planificados. Como tal, no hemos recomendado un número de catálogo específico aquí. | |
| Placa de Petri de vidrio | Fisher Scientific | 08-747A | 60 mm de diámetro |
Referencias
- Pauly, D., Zeller, D. Catch reconstructions reveal that global marine fisheries catches are higher than reported and declining. Nature Communications. 7, 10244(2015).
- Diana, J. S. Aquaculture production and biodiversity conservation. BioScience. 59 (1), 27-38 (2009).
- Gallardi, D. Effects of bivalve aquaculture on the environment and their possible mitigation: a review. Fisheries and Aquaculture Journal. 5, 105(2014).
- Newell, R. I. E. Ecosystem influences on natural and cultivated populations of suspension-feeding bivalve molluscs: A review. Journal of Shellfish Research. 23 (1), 51-61 (2004).
- Lindahl, O., Kollberg, S. Can the EU agri-environmental aid program be extended into the coastal zone to combat eutrophication. Hydrobiologia. 629 (1), 59-64 (2009).
- Rose, J. M., Bricker, S. B., Tedesco, M. A., Wikfors, G. H. A role for shellfish aquaculture in coastal nitrogen management. Environmental Science & Technology. 48 (5), 2519-2525 (2014).
- McKindsey, C. W., Thetmeyer, H., Landry, T., Silvert, W. Review of recent carrying capacity models for bivalve culture and recommendations for research and management. Aquaculture. 261 (2), 451-462 (2006).
- Cheney, D., Langan, R., Heasman, K., Friedman, B., Davis, J. Shellfish culture in the open ocean: lessons learned for offshore expansion. Marine Technology Society Journal. 44 (3), 55-67 (2010).
- Shumway, S. E. Shellfish aquaculture and the environment. , Wiley-Blackwell. Chichester, UK. (2011).
- Dame, R. F. Ecology of marine bivalves: An ecosystem approach. , CRC Press. Boca Raton, FL. (2011).
- Bayne, B. L., et al. Feeding behaviour of the mussel, Mytilus edulis: responses to variations in quantity and organic content of the seston quantity and organic content of the seston. Journal of the Marine Biological Association of the United Kingdom. 73 (4), 813-829 (1993).
- Ward, J. E., Shumway, S. E. Separating the grain from the chaff: particle selection in suspension- and deposit-feeding bivalves. Journal of Experimental Marine Biology and Ecology. 300 (1-2), 83-130 (2004).
- Heck, K. L. Jr, Valentine, J. F. The primacy of top-down effects in shallow benthic ecosystems. Estuaries and Coasts. 30 (3), 371-381 (2007).
- Prins, T. C., Smaal, A. C., Dame, R. F. A review of the feedbacks between bivalve grazing and ecosystem processes. Aquatic Ecology. 31 (4), 349-359 (1998).
- Ferreira, J. G., Saurel, C., Lencarte e Silva, J. D., Nunes, J. P., Vazquez, F. Modelling of interactions between inshore and offshore aquaculture. Aquaculture. 426, 154-164 (2014).
- Stevens, C., Plew, D., Hartstein, N., Fredriksson, D. The physics of open-water shellfish aquaculture. Aquacultural Engineering. 38 (3), 145-160 (2008).
- Iglesias, J. I. P., Urrutia, M. B., Navarro, E., Ibarrola, I. Measuring feeding and absorption in suspension-feeding bivalves: an appraisal of the biodeposition method. Journal of Experimental Marine Biology and Ecology. 219 (1-2), 71-86 (1998).
- Riisgård, H. U. On measurement of filtration rates in bivalves - the stony road to reliable data: review and interpretation. Marine Ecology Progress Series. 211, 275-291 (2001).
- Møhlenberg, F., Riisgård, H. U. Efficiency of particle retention in 13 species of suspension feeding bivalves. Ophelia. 17, 239-246 (1978).
- Shumway, S. E., Cucci, T. L., Newell, R. C., Yentsch, C. M. Particle selection, ingestion, and absorption in filter-feeding bivalves. Journal of Experimental Marine Biology and Ecology. 91 (1-2), 77-92 (1985).
- Velasco, L. A., Navarro, J. M. Feeding physiology of two bivalves under laboratory and field conditions in response to variable food concentrations. Marine Ecology Progress Series. 291, 115-124 (2005).
- Galimany, E., Ramón, M., Ibarrola, I. Feeding behavior of the mussel Mytilus galloprovincialis (L.) in a Mediterranean estuary: A field study. Aquaculture. 314 (1-4), 236-243 (2011).
- Wilcox, R. R. Understanding and applying basic statistical methods using R. , John Wiley & Sons. Hoboken, NJ. (2017).
- Velasco, L. A., Navarro, J. M. Feeding physiology of two bivalves under laboratory and field conditions in response to variable food concentrations. Marine Ecology Progress Series. 291, 115-124 (2005).
- Filgueira, R., Labarta, U., Fernández-Reiriz, M. J. Flow-through chamber method for clearance rate measurements in bivalves: design and validation of individual chambers and mesocosm. Limnology and Oceanography Methods. 4, 284-292 (2006).
- Grizzle, R. E., Greene, J. K., Luckenbach, M. W., Coen, L. D. A new in situ method for measuring seston uptake by suspension-feeding bivalve molluscs. Journal of Shellfish Research. 25 (2), 643-649 (2006).
- Riisgård, H. U. On measurement of filtration rates in bivalves - the stony road to reliable data: review and interpretation. Marine Ecology Progress Series. 211, 275-291 (2001).
- Newell, C. R., Wildish, D. J., MacDonald, B. A. The effects of velocity and seston concentration on the exhalant siphon area, valve gape and filtration rate of the mussel Mytilus edulis. Journal of Experimental Marine Biology and Ecology. 262 (1), 91-111 (2001).
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